Tecnologie ed apparati per comunicazione a frequenze radio: dalla connettività in ambito domotico alla caratterizzazione del canale radio in banda EHF

L’attività di ricerca si è concentrata su diversi temi: i sistemi AIS, la progettazione di dispositivi per la caratterizzazione del canale radio a 76GHz ed i sistemi domotici. Per quanto riguarda l’attività in banda 76GHz il lavoro di ricerca ha riguardato la progettazione e realizzazione dei sistemi riceventi, trasmittenti e di condizionamento ed analisi dei dati. I prototipi sono stati realizzati sia negli aspetti meccanici, che elettronici. Il trasmettitore campione è basato su un oscillatore locale a 12 GHz di derivazione commerciale. Per adattarlo alle esigenze di progetto l’unità è stata sottoposta a reverse engineering e riprogrammazione del PLL. Il segnale viene moltiplicato per 3 da un moltiplicatore armonico commerciale e per 2 da un diodo per microonde (package smd 0102) il cui circuito è stato assemblato con l’aiuto di micromanipolatori. Il segnale a 76GHz viene irradiato da una parabola da 25cm. Tutto il sistema è controllato da una scheda Raspberry PI, che acquisisce anche dati meteo ed elettrici per mezzo di una scheda figlia, anch’essa sviluppata ad hoc. I dati raccolti sono immagazzinati in un database MySQL e resi disponibili per il controllo attraverso interfaccia WEB. L’alimentazione del sistema è realizzata con tecnologia POE. Il ricevitore è parte di un progetto più ampio, volto a realizzare un transverter. La sezione in alta frequenza è simile alla precedente e differisce solo nella tipologia di componente usato per l’ultima moltiplicazione armonica: un doppio diodo al posto di uno singolo. Il segnale ricevuto viene convertito a 144MHz e reso disponibile al connettore della IF. Viene quindi effettuata una ulteriore conversione in discesa a 50 MHz attraverso un mixer bilanciato ed un oscillatore locale realizzato con Si570 (VXCO controllato I2C). La conversione ha consentito il riuso di filtri e ha dato la possibilità di potere correggere eventuali derive in frequenza del sistema. La frequenza dell’oscillatore locale è infatti controllata dalla Raspberry PI attraverso un programma in C. Il segnale viene quindi fornito ad un power meter Analog Devices con uscita in tensione. La tensione risultata viene acquisita attraverso un ADC Microchip a 18bit e riflette, non essendo presenti circuiti di controllo automatico del guadagno, l’intensità del segnale ricevuto a 76GHz. Il valore di tensione viene quindi archiviato in un database MySQL e può essere aggregato ai dati meteo raccolti dal trasmettitore per consentire uno studio più accurato dei fenomeni propagativi in questa banda di frequenza. Il progetto ha visto la collaborazione di alcuni radioamatori locali che hanno messo a disposizione alcuni strumenti per la verifica dei segnali a 76GHz. Appena disponibili sul mercato sono anche state acquisite due unità commerciali operanti a 76GHz che possono operare in ambiente indoor e sono il ’riferimento’ per la calibrazione ed il test dei prototipi realizzati internamente. Le unità trasmettitore e ricevitore sono collegate tra loro attraverso un link point-to-point realizzato in tecnologia Hiperlan. I sistemi AIS sono nati come ausilio alla sicurezza della navigazione marittima, e prevedono l’invio periodico, da parte di natanti e stazioni fisse, di brevi messaggi contenenti i dati di posizione e stato della navigazione. I segnali inviati dalle stazioni fisse del sistema sono particolarmente interessanti in quanto il numero delle stazioni ricevibili (ed in particolare da una ricevente posta in una posizione favorevole come Ancona) varia in funzione delle condizioni di propagazione troposferica. Per confermare questa affermazione è stato realizzato un sistema ricevente composto da unapparato radio commerciale ed un software, scritto in inguaggio PHP, in grado di decodificare le stringhe di testo ricevute. I dati raccolti sono immagazzinati in un database MySQL e pubblicati attraverso un sito web. La serie temporale delle stazioni fisse ricevute è stata confrontata con altri indicatori della bontà della propagazione troposferica: l’intensità del segnale ricevuto da un trasmettitore campione posto in Croazia e le mappe di propagazione redatte sulla base delle condizioni metereologiche. Positivo il riscontro ottenuto in questo secondo caso, a testimonianza del fatto che le stazioni fisse del sistema AIS possano essere usate come indicatore indiretto della bontà della propagazione troposferica in banda VHF. Da questo progetto sono nate una collaborazione con un sito di ascolto radio FM a lunga distanza (fmlist.org) con sede in Germania, con il sito Marinetraffic.com e con il prof. Dimitrios Lekkas professore associato presso l’Università dell’Egeo. In ambito domotico ed AAL, l’attività di ricerca è stata rivolta alla realizzazione della ’Smart Insole’ ed alla interoperabilità tra diverse piattaforme. Nel primo caso è stata curata la realizzazione del sistema di acquisizione dati e comunicazione radio, con particolare riferimento alla parte di gestione dell’energia del sistema, valutando diverse soluzioni hardware per aumentare l’autonomia di funzionamento del dispositivo. Sono stati analizzati diversi prodotti (circuiti integrati di gestione della ricarica per accumulatori LiPO), scegliendo poi un prodotto Microchip che è stato ampiamente caratterizzato ed adattato alle esigenze del progetto. Lo studio ha portato alla realizzazione di una unità molto compatta che integra sia la parte di elaborazione ed invio dati, sia la gestione energetica del sistema, consentendo anche la ricarica wireless. Il secondo contributo è stato dato nella realizzazione della infrastruttura di elaborazione e immagazzinamento dati, integrando nel sistema uno storage molto capiente in tecnologia iSCSI. Ulteriore contributo è stato dato nella ottimizzazione della rete di sensori e nella gestione dei flussi dati verso l’elaboratore centrale